초록 ▼

I. 제 목 해양 환경방사능 감시기술 개발 II. 연구개발의 목적 및 필요성 1. 필요성 ？1993년 러시아 핵폐기물 해양투기는 전국민 동요 유발한 사회적 사건임. ？해양 환경 방사능 감시 및 예보체계 도입의 필요성 ？해양환경 방사성 핵종 분석기술과 해양과정 해석기술의 접합기술개발 ？우리 나라 주변해역 고유 해양환경 방사성 핵종 거동 특성규명으로 전 세계 해양환경방사능 연구중 미결인 북서태평양 주변부 해양 부분 보완 ？해양 방사능 오염의 국제수준의 분석기술 국내 역량 축적 ？인접국 핵 활동 억제/감시로 수산업등

I. 제 목 해양 환경방사능 감시기술 개발 II. 연구개발의 목적 및 필요성 1. 필요성 ？1993년 러시아 핵폐기물 해양투기는 전국민 동요 유발한 사회적 사건임. ？해양 환경 방사능 감시 및 예보체계 도입의 필요성 ？해양환경 방사성 핵종 분석기술과 해양과정 해석기술의 접합기술개발 ？우리 나라 주변해역 고유 해양환경 방사성 핵종 거동 특성규명으로 전 세계 해양환경방사능 연구중 미결인 북서태평양 주변부 해양 부분 보완 ？해양 방사능 오염의 국제수준의 분석기술 국내 역량 축적 ？인접국 핵 활동 억제/감시로 수산업등 해양산업의 지속가능한 개발 보장 ？해양환경 방사능 투명성 확보로 원자력 산업에 대한 대국민 건전 여론 형성 ？해안위치 원자력 시설의 해양환경 안전성 되물림고리로 안전관리 시너지 효과 제공 ？우리나라 주변해양은 핵강대국 (러시아.중국.일본)과 핵 불투명국(북한) 과 공유 ？연속적인 해양특성으로 인접국 핵 활동의 해양환경 영향 심대 ？핵 폐기물 해양배출의 사전억제 및 조기경보를 위한 해양환경 방사능 기원과 거동 규명 기술개발 필요 2. 연구개발의 2단계 (2000 ～ 2001; 2년) 최종 목표 주변 해양환경방사능 거동 규명 기술 개발 III. 연구개발의 내용 및 범위 (1) 자료 수집 및 정리 (2) 현장 관측 및 시료채취 (3) 주요 인공방사성핵종 시？공간적 분포 현황 ？주변해역 (황해, 남해, 동해) 주요 인공방사성 핵종 4 계절 수평？수직 정밀 분포도 작성 및 분포 특성 규명 ？주요 인공방사성 핵종 계절 변이성 규명 (4) 주요 인공방사성 핵종의 기원 규명 ？핵종별 농도비 이용 주요 인공방사성 핵종 기원 추적 (5) 주요 방사성 핵종 경로별 입력량 산정 ？대기경로 주요 인공방사성 핵종 입력량 산정 및 계절 변이성 규명 ？하천경로 주요 인공방사성 핵종 입력량 산정 (6) 해양 경계면을 통한 인공방사성 핵종 교환량 산정 ？황해/동중국해 경계면을 통한 주요인공방사성 핵종 교환량 산정 ？제주해협 통과 주요 인공방사성 핵종 플럭스 산정 ？황해 주요인공방사성 핵종 수지 산정 (7) 주요 인공방사성 핵종 거동 규명 ？환경적 반감기 및 체류시간 산정 ？퇴적 축적율 및 침강율 산정 ？해수/부유물/해양생물의 분배계수 및 농축계수 결정 (8) 황해, 동중국해 순환 모델 개발 - 3차원 순압 순환 모델 개발 : 3차원 등밀도 보존방정식에 근거한 황 해 동중국해 해류 산정 모델 개발 - 3차원 경압 순환 모델 개발 : 수온 염분을 포함한 3차원 보존방정식 에 근거한 황해 동중국해 복합 순환 (해류, 조류 및 조석잔차류, 풍성 류 및 밀도류) 산정 모델 개발 - 월별 순환 산정 및 순환도 제시 (9) 황해 동중국해 부유퇴적물 이동 확산 모델 개발 - 2차원 이동 확산 개발: 수심 평균된 2차원 보존방정식에 근거하는 부 유퇴적물 분포 예측을 위한 유한차분기법 모델 개발 - 관측자료와의 검증: 위상자료 및 선박을 이용 관측된 자료와의 비교, 검증 (10) 주요 방사능 이동？확산 모델 개발 - 2차원 이동 확산 개발: 수심 평균된 2차원 보존방정식에 근거하는 비 보존성 방사능 물질 이동 확산 예측을 위한 유한차분기법 모델 개발 - 3차원 이동확산 모델 개발: 3차원 보존방정식에 근거하는 비보존성 방사능 물질 이동 확산 예측을 위한 유한차분기법 모델 개발 - 3차원 입자추적 모델 개발: Monte carlo 기법에 근거하고 확률적 방 법으로 방사능 물질과 부유물질성핵종 시？공간적 분포 현황 주요 인공방사성 핵종 (137Cs, 90Sr, 239,240Pu 및 238Pu)에 대한 우리나라 주변해역에서의 분포 특성을 규명하기 위하여 황해, 남해 및 동해에서 4계절별로 해수, 해저퇴적물 시료를 채집하고 해양관측을 동시에 실시하였다. 용존 137Cs과 90Sr의 해수중 함량은 각각 2.34 ～ 2.56, 1.63 ～ 2.17 mBq kg-1 범위로서 계절별, 해역별로 유사한 농도를 보였다. 용존 239,240Pu 평균 농도는 남해 및 동해보다 황해가 상대적으로 낮다. 이는 입자 친화도가 높은 입자성 239,240Pu이 90Sr 및 137Cs 보다 수천배 이상 크기 때문에, 높은 입자성부유물질 농도를 갖는 황해에서는 용존 239,240Pu이 입자성 부유물질에 흡착되어 가라앉아 해저퇴적물로 제거되기 때문이다. 주요 인공방사성 핵종 농도의 수직 분포는 해역 및 핵종 별로 차이가 뚜렷하다. 수심이 100 m 이내인 황해에서의 용존 137Cs, 239,240Pu 및 90Sr 농도는 표, 저층간에 비교적 균일하다. 그러나 수심이 2,000 m 이상으로 깊은 동해에서 용존 137Cs 및 90Sr은 표면 혼합층 (0～200 m)에서 높고 수심 증가에 따라 감소하고, 표면 혼합층의 현존량은 전체 물기둥의 약 25 %를 차지하였다. 그러나 친입자성인 239,240Pu 현존량은 표층 혼합층에서 전체 물기둥의 약 7 %로 낮고, 수심 증가에 따라 용존 239,240Pu 농도는 급격하게 증가하여 수심 1,100 m에서 최대값을 보였다. 이것은 상대적으로 생산력이 높은 표면혼합층에서 Pu은 입자성물질에 쉽게 흡착되어 가라앉고, 입자성 Pu은 침강 도중 심층에서 분해됨으로서 재생된 Pu이 다시 해수로 방출되기 때문이다. 이에따라 해수 및 해저퇴적물에서의 Cs 및 Pu의 현존량 차이는 뚜렷하다. 황해 대표 정점 물기둥에서의 239,240Pu 현존량은 약 0.44 Bq m-2에 불과하나, 해저퇴적물에서의 현존량은 10.34 Bq m-2로서 전체 중 약 96%를 차지한다. 그러나 황해와는 달리 동해의 239,240Pu 현존량은 44.65 Bq m-2 로서 해저퇴적물 (25 Bq m-2)의 현존량보다 약 2배 높다. 이는 황해와 동해의 수중 부유물 함량, 해저퇴적물 축적율의 차이에서 기인된다. 우리나라 주변해역의 용존 137Cs, 239,240Pu 및 90Sr 평균 농도는 핵무기 대기중 시험 낙진 (배경 환경방사능)으로만 오염된 태평양 및 인도양 수준이고, 핵재처리 시설이 밀집해 있는 북해 및 Irish 해보다는 월등히 낮다. 그러나 우리나라 주변해역은 황하 및 양자강 등 중국 하천들에 의한 영향을 많이 받으나 중국 하천수 및 주변해역의 주요 인공방사성 핵종들에 대한 자료는 거의 알려져 있지 않아 차후 우리나라 주변해역에 대한 주기적인 정밀 관측과 중국과의 공동 연구가 요망된다. 본 연구기간 중 도출된 모든 결과는 국제원자력기구 (IAEA)의 “전세계 해양환경방사능 데이터베이스 구축사업”에 보고됨으로서 우리나라 주변해역에 대한 투명성 및 국제적 신뢰도를 구축함으로서 주변 국가들과의 환경 분쟁시 외교적 우위를 확보할 수 있는 중요한 자료로 사용될 것이다. 2. 주요 방사성 핵종의 기원 규명 우리나라 주변해역 해수, 해저퇴적물, 빗물 및 해양생물 함유 인공방사성 핵종들의 기원을 추적하기 위하여 238Pu/239,240Pu, 239,240Pu/137Cs, 239,240Pu/90Sr 및 137Cs/90Sr 비를 측정하였다. 황해, 남해 및 동해 표층수의 239,240Pu/90Sr, 239,240Pu/137Cs의 평균 비는 0.002 ～ 0.004, 0.002 ～ 0.003 범위로서 해역에 따른 차이가 거의 없으나, 범지구적 낙진비 (239,240Pu/137Cs: 0.011, 239,240Pu/90Sr: 0.018)에 비해서는 해양에서 이들 핵종간의 거동 차이로 인해 1/10 수준으로 낮다. 그러나 우리나라 주변해역 표층수의 이들 핵종 비는 비교적 핵 오염으로부터 영향을 덜 받고 인공방사성 농도 분포가 단지 범 지구적 대기낙진에 의해서만 결정되는 대양 표층수의 비와 거의 같은 수준이다. 해저퇴적물의 238Pu/239,240Pu, 비는 각각 0.01 ～ 0.05 (평균: 0.03) 범위로서 범 지구적 대기낙진 비와 상당히 유사하다. 황해 및 동해의 해저퇴적물의 평균 137Cs/90Sr 비는 각각 1.72, 3.45 범위로서 범지구적 대기낙진 비 (1.5 ～ 1.6)에 비해 크다. 그러나 이러한 차이는 이들 핵종들이 심층에서 다른 생지화학적 경로를 갖기 때문이다. 1994년 이후 측정된 빗물의 평균 239,240Pu/90Sr, 239,240Pu/137Cs 및 137Cs/90Sr 비는 각각 0.008, 0.007 및 2.71로서 범지구적 낙진비 (239,240Pu/137Cs: 0.011, 239,240Pu/90Sr: 0.018, 137Cs/90Sr: 1.5～1.6)에 비해 239,240Pu/137Cs과 239,240Pu/90Sr 비 보다는 이들 방사성 핵종들의 빗물내에서의 화학적 거동 차이로 인해 약간 낮다. 위의 모든 결과들은 우리나라 주변해역의 인공방사성 핵종들은 주로 범지구적 대기 낙진으로부터의 기원이 우세하다는 것을 암시한다. 그러나 대기경로 인공방사성 핵종 기원 규명에 있어서, 우리나라 주변해역은 중국 대륙으로부터 높은 연간 황사 입력과 중국측 하천의 영향을 상당히 많이 받기 때문에 좀더 체계적이고 세밀한 연구를 위해서는 중국과의 긴밀한 협조가 필요하다. 3. 주요 방사성 핵종 입력경로 대기경로 주요 인공방사성 핵종 입력량 대기경로에 의한 인공방사성 핵종 기여도를 분석하기 위하여 1994 ～ 2001년까지 황해 중부 연안에 위치한 안산 고정관측점에서 강우시 빗물을 채집하여 239+240Pu, 80Sr, 137Cs의 농도 (specific concentration)와 침착량을 분석하였다. 시료 채집기간 동안 연평균 강수량은 1,183 mm 로 지난 23년간의 평균 강수량 (1,287 mm)에 비해 상대적으로 낮고 계절 및 연 변화에 따른 차이도 뚜렷하다. 월별로는 장마기인 6 ～ 8월에 연 강수량 중 50 % 이상을 차지하였으며, 특히 1995년과 2001년에는 연 강수량 중 80 % 이상을 차지하였다. 월별 총대기분진 강하량은 1.21 ～ 16.79 g m-2 month-1 (평균: 5.41 g m-2 month-1) 범위로서 월별 강수량과는 달리 여름에 낮고 겨울과 봄철에 높다. 강수의 239+240Pu, 90Sr, 137Cs 함량은 각각 0.05 ～ 131 (평균: 1.29) μBq kg-1, 0.04 ～ 3.69 (평균: 0.31) mBq kg-1, 0.04 ～ 1.04 (평균: 0.17) mBq kg-1 범위로서 대체로 황사 시기인 4 ～ 5월에 가장 높고, 농도 범위폭 또한 크다. 그러나 장마기인 6 ～ 8월에 239+240Pu 농도는 낮고, 범위폭 또한 작다. 이러한 월별에 따른 차이는 Pu isotopes, 90Sr, 137Cs 공급 율과 강수량의 변화에 기인하는 것으로 사료된다. 안산지역의 239+240Pu의 습식 침착율 (flux)은 3.5 ～ 1,231 (평균: 42.36 μBq m-2d-1), 90Sr과 137Cs은 각각 0.25 ～ 201.84 (평균: 9.60), 2.62 ～ 24.71 (평균: 8.61) mBq m-2 d-1범위이다. 이들 핵종들의 월별 습식 침착율은 농도 분포와 마찬가지로 황사기인 3 ～ 5 월에 높고, 장마기에 상대적으로 낮다. 239,240Pu, 90Sr 및 137Cs의 연간 황해로의 연간 습식 침착율은 각각 0.57, 137.5, 75.4 GBq yr-1 이다. 하천경로 주요 인공방사성 핵종 입력량 우리나라 주변해역으로 입력되는 주요 인공방사성 핵종들에 대한 입력량을 산정하기 위하여 주요 5 대 하천 (한강, 금강, 영산강, 섬진강, 낙동강)의 용존 137Cs, 239,240Pu 및 90Sr 농도를 분석하였다. 황해로 들어오는 하천수 (한강, 금강, 영산강)의 용존 137Cs, 239,240Pu 및 90Sr 농도는 각각 0.46 ～ 0.68 (평균: 0.43±0.09) mBq kg-1, 2.70 ～ 3.73 (평균: 2.94±0.17) μBq kg-1, 2.31 ～ 3.39 (3.15±0.09) mBq kg-1 범위로서 하천별로 뚜렷한 농도차이는 없다. 양자강을 제외한 황해 유입 연간 하천수의 총방류량 (118×109 m3 yr-1)과 한강, 금강 및 영산강 하천수의 용존 인공방사성 핵종들의 평균 농도 (137Cs: 0.43 mBq kg-1, 239,240Pu: 2.94 μBq kg-1, 90Sr: 3.15 mBq kg-1)를 곱하여 추정된 황해로의 하천 경로 연간 137Cs, 239,240Pu 및 90Sr 입력량은 각각 50.4, 0.35, 371.8 GBq yr-1 이다. 본 연구결과는 우리나라 하천수보다는 상대적으로 높은 핵종별 농도를 보일것으로 판단되는 중국 하천수의 주요 인공방사성 핵종 자료가 포함되어 있지 않아, 오차 범위가 클 것으로 사료된다. 따라서 대기경로 입력량 산정시와 마찬가지로 정확한 하천경로 주요인공방사성 핵종 입력량을 산정하기 위해서는 중국 및 북한의 하천수에 대한 자료 수집 및 공동 연구가 요망된다. 황해/동중국해 경계면 및 제주해협 통과 주요 인공방사성 핵종 입력량 황해 물수지 및 염수지를 이용하여 구한 황해/동중국해 경계면을 통한 용존 137Cs 교환량 약 105.3 GBq yr-1, 담수 유출에 의한 137Cs의 외해 유출량 은 402.6 GBq yr-1이다. 현재 황해의 용존 137Cs 농도가 일정하다고 가정한다면, 약 154.6 GBq kg-1 (△137Cs)이 황해로 보충되어져야 한다. 이것은 대기 및 하천경로 또는 동중국해로부터 황해로 입력된 입자성 137Cs이 탈착되어 해수로 다시 빠져 나오는 양을 의미한다. 담수 유출에 의한 239,240Pu의 외해로의 유출량은 0.62 GBq yr-1, 황해/동중국해 경계면을 통한 교환량은 약 24.4 GBq yr-1 이다. Cs과 마찬가지로 현재 황해 해수의 용존 239,240Pu 농도가 일정하게 유지된다고 가정한다면, 약 24.7 GBq yr-1 가 황해 자체내에서 제거 (net internal sink : △239,240Pu) 되어져야 한다. 이것은 해수내 용존 239,240Pu이 입자성 부유물질에 흡착되어 해저퇴적물로 가라앉거나, 또는 동중국해로 빠져나가는 것을 의미한다. 연간 해수 수송량과 핵종별 평균 농도를 곱해 구한 제주해협 통과 용존 137Cs, 239,240Pu 및 90Sr 플럭스는 각각 42.7×103, 152.2, 26.2×103 GBq yr-1 이다. 이 값은 황해로부터 빠져나오는 용존 인공방사성 핵종 플럭스 (FR + FX)에 비해 137Cs은 약 80배, 239,240Pu은 3배 높다. 만일 제주도와 큐수간 해협을 통해 남해로 들어오는 양까지 감안한다면, 남해로 입력되는 주요인공방사성 핵종 입력량은 상당히 증가될 수 있다. 입력된 이들 핵종들은 최종적으로는 해류에 의해 대한해협을 통해 동해로 빠져나가기 때문에 차후 남해 및 동해에 대한 환경방사능 관리를 위해 보다 정밀한 이들 방사성 핵종 수지 산정이 요망된다. 4. 주요 방사성 핵종 거동 특성 환경적 반감기 1993년부터 2000년까지 동해 표층수의 용존 137Cs에 대한 환경적 반감기 (Effective environmental half-life)는 약 11.2 년으로서 137Cs의 실제 반감기인 30년 보다는 상당히 짧다. 이는 동해 표층수의 137Cs 농도는 실제로 방사붕괴에 의한 변화보다 훨씬 빠르게 감소했다는 것을 의미한다. 이러한 원인은 137Cs 자체의 방사 붕괴뿐만 아니라 해수의 물리 (혼합, 확산 등) 및 생지화학적 과정 (생물 흡수, 입자성부유물질 흡착 등)과 같은 환경적 반감기에 의해 제거되기 때문이다. 동해 표층수의 137Cs의 환경적 반감기는 1984년부터 1995년 기간 중 추정된 일본 연안의 관측 값 (9.1 ～ 22.8년)의 범위내에 있다. 환경적 반감기 결과를 토대로 계산된 표층수의 용존 137Cs에 대한 체류시간은 약 25년이다. 이는 일반 대양 표층수의 137Cs 체류시간 (100년)보다는 약 1/4 수준으로 짧다. 이것은 동해 (일차생산력: 150 ～ 230 gC m-2 yr-1)와 일반 대7Cs에 대한 생지화학적 과정들에 대한 차이에 기인된다. 주요 인공방사성 핵종 퇴적율 산정 210Pb로부터 추정된 황해 연간 퇴적율은 28 ～ 772 mg cm-2 yr-1 (0.03 ～ 0.57 cm yr-1) 범위로서 중앙부 해역에서 낮고, 양자강 하구 부근 해역에서 최대값을 보였다. 239,240Pu 및 90Sr 함량은 낮은 퇴적율을 보이는 중앙해역에서는 표층에서 최대를 보이나 높은 퇴적율을 보이는 Jiangsu 연안에서는 약 46년 전에 퇴적된 것으로 추정되는 21 ～ 23 cm 깊이에서 최대값을 보였다. 황해 중앙해역 퇴적물의 239,240Pu이 표층에서 최대값을 보인 것은 최근 니질퇴적물 (mud)이 활발히 퇴적되었다는 것을 의미한다. 퇴적물 239,240Pu 및 90Sr의 현존량 (Inventory)은 중앙해역에서 각각 10 ～ 12, 56 ～ 196 Bq m-2 범위이나, Jiangsu 연안 밖 고대 델타역에서는 각각 52, 273 Bq m-2으로서 상당히 높다. 그러나 1986년까지 일본 도쿄지역에 축적된 대기낙진 현존량과 비교할 경우 90Sr은 약 1/10 수준이고, 239,240Pu은 비슷하다. 황해 중앙부 해역의 239,240Pu과 90Sr의 연간 축적율은 각각 0.2 ～ 0.3, 0.2 ～ 2.1 Bq m-2 yr-1 범위이나, Jiangsu 연안의 경우는 각각 1.2, 4.8 Bq m-2 yr-1로서 높다. 각각의 지역의 축적율에서 퇴적물 혼합이 기여하는 정도는 황해 중앙부 해역에서는 느린 혼합으로 인한 빠른 퇴적속도로 Jiangsu 연안은 무시될 수 있다. 대기분진 형태로 황해로 입력되는 239,240Pu은 연간 2.62 GBq yr-1이다. 이를 황해의 총 면적 (380×109 m2)으로 나누어 대기분진을 통해 황해로 입력되는 239,240Pu의 면적당 입력량을 구하면 0.007 Bq m-2 yr-1이다. 대기분진 형태로 황해로 입력된 239,240Pu이 해수에 용해되지 않고 100 %가 해저퇴적물에 퇴적된다고 가정할 경우, 황해 퇴적물의 239,240Pu 중 약 0.1 ～ 3.2 %가 대기분진을 통해 기여된다고 볼 수 있다. 나머지는 대기경로 중 다른 경로 (빗물 등), 하천경로를 통해 입력된 것으로 추정되어 진다. 해양으로 입력되어 퇴적물에 축적된 인공방사성 핵종들은 방사능 감시 차원 뿐만 아니라 스스로 방사 붕괴라는 장시간의 시계 역할을 제공함으로서 퇴적물의 오염 기작을 규명하는데 매우 유용하게 사용될 수 있기 때문에 차후 지속적인 관측이 요망된다. 침강입자에 의한 주요 인공방사성 핵종 침강율 침강입자 중의 인공방사성 핵종의 농도 및 침강율을 계산하기 위하여 동해에 침강입자 포집기 (sediment trap)를 수심 1,000 m와 2,000 m에 1년간 3회에 걸쳐 연속관측을 하였다. 침강입자 플럭스는 대체로 식물플랑크톤의 대증식이 일어나는 춘계에 높고, 성층이 발달되는 하계에 낮다. 침강입자의 137Cs 농도는 1,000 m 수심에서 0.13 ～ 2.46 dpm g-1 (평균: 0.68 dpm g-1 또는 11.33 mBq g-1)이었고, 수심 2,000 m에서는 0.18～4.17 dpm g-1 (평균: 1.00 dpm g-1 또는 16.67 mBq g-1) 범위로서 동일 수심에서도 시간 변화에 따른 차이가 크다. 침강입자 137Cs 플럭스는 수심 1,000 m 에서 0.02 ～ 1.09 dpm m-2 d-1 (평균: 0.25 dpm m-2 d-1 또는 4.17 mBq m-2 d-1), 수심 2,000 m에서는 0.04 ～ 1.40 dpm m-2 d-1 (평균: 0.31 dpm m-2 d-1 또는 5.17 mBq m-2 d-1)로써 수심에 따른 뚜렷한 차이는 없었다. 일반적으로 침강 입자량이 클수록 입자중의 농도는 감소하지만, 핵종의 제거량은 총 입자 플럭스에 비례하였다. 따라서 해수중에서 방사성 핵종 제거는 입자 중의 농도보다는 침강 입자량에 의존한다. 주요 인공방사성 핵종 생물 농축계수 산정 우리나라 주변해역에 서식하는 대표 종들을 선정 및 채집하여 생체내 주요 인공방사성 핵종의 함량 및 농축계수를 산정하였다. 해조류인 잘피의 137Cs 함량은 0.06 ～ 0.10 Bq kg-1-fresh 범위로서 지역에 따른 차이는 보이지 않았다. 또한 부위별로도 지상부 (수중에 나와있는 부분) 및 지하부 (퇴적물속에 있는 부분)가 각각 0.07, 0.06 Bq kg-1-fresh로서 거의 유사하다. 채집 해역 해수의 평균 137Cs 농도를 이용하여 계산된 잘피의 137Cs의 농축계수는 22 ～ 40 (평균 : 27.8)로서 해조류에 대한 국제원자력기구 권장치 (30 ～ 100; IAEA, 1985) 범위내에 있고, 또한 일본 연안 측정치 (7 ～ 69; Yamada et al., 1999)와 유사한 수준이다. 어류 생체중의 137Cs, 239,240Pu 및 90Sr 농도는 각각 0.10 ～ 0.79 Bq kg-1-fresh , 0.10 ～ 1.32 mBq kg-1-fresh, 0.35 ～ 12.60 mBq kg-1-fresh 범위로서 먹이 및 서식지 특성 차이에 따라 종에 따른 농도 차이가 크다. 그러나 137Cs과 239,240Pu의 생체 농축 계수는 각각 40 ～ 314, 19 ～ 70 범위로서, IAEA의 권장치 (137Cs; 10 ～ 300, 239,240Pu: 0.5 ～ 100) 범위내에 해당된다. 주요 인공방사성 핵종 해수/부유물질 분배계수 산정 해수중에서 인공방사성 핵종의 입자물질과의 사이에 분배계수를 계산하기 위하여 해수를 대량으로 여과 (6000L 이상)하여 해수중의 입자물질을 채집하였다. 그리고 137Cs 분배계수 측정과는 별도로 친입자성 인공방사성 핵종 (Pu 등)의 분배계수를 평가하기 위해 유사한 화학적 성질을 가진 천연 방사성 핵종인 210Po의 분배계수도 계산하였다. 210Po의 해수/부유입자 분배계수는 계절에 따른 차이가 뚜렷하다. 동계에는 전 수심에서 용존태에 비해 입자태의 함량이 높았다. 그러나 하계에는 연안해역에서는 입자태 함량이 높으나, 황해 중앙부로 향할수록 저층을 제외하고 오히려 용존태 함량이 높다. 이는 동계에는 수직적인 혼합이 활발하여 저층퇴적물의 재부유에 의해 210Po이 효과적으로 제거된다. 그리고 하계에는 수주의 성층화로 인해 표층에서는 생물기원 입자에 의해 제거가 활발하고, 수주 중에서 다시 용출되어 용존태의 농도가 높고, 저층에서는 많은 현탁입자의 재부유에 의해 입자태의 농도가 높아지는 것으로 사료된다. 또한 현탁물질에 대한 210Po의 분배계수는 모두 양의 상관관계를 보이고 있지만, 동계가 하계에 비해 상관계수와 분배계수가 높게 나타났다. 황해에서 입자성 137Cs 농도는 590 Bq kg-1이고, 해수중 입자태의 농도는 1.89 Bq 1000L-1 로서 계산된 분배계수는 1.82×105 cm3 g-1이다. 5. 황해, 동중국해 순환 모델 개발 해수 중 방사능 물질의 분포를 재배치시키는 기본 정보인 해수순환 결정을 위하여 본 연구에서는 황해 동중국해를 대상으로 한 두 가지 형태의 3차원 해수순환 모델을 개발하였다. 사용되는 모델 기법은 수평으로는 유한차분기법, 연직으로는 Galerkin 함수전개 기법을 사용하는 독창적모델이다. 1단계로 개발된 3차원 순압 모델은 해류만 을 산정하기 위한 모델로서 조류효과에 의한 해저마찰응력의 증가가 간접적인 방법으로 고려되었다. 이 모델 결과로부터 수심평균 유속장을 계산하여 부유퇴적물 이동 확산 산정에 사용하였다. 경압모델은 왕복성 조류 및 조석잔차류, 해류, 풍성류 및 밀도류를 함께 진단적인 방법으로 계산하는 모델로서 황해 동중국해의 월별 순환을 재현하였다. 이 모델의 결과는 황해 중부 해역을 대상으로 하는 방사능 물질 이동 확산 실험에 사용되었다. 6. 황해 동중국해 부유퇴적물 이동？확산 모델 개발 친입자성 방사성 핵종 (예: 239,240Pu) 이동 확산 예측의 기본 자료로의 활용을 목적으로 수심 평균된 2차원 보존방정식에 근거하는 부유퇴적물 분포 예측을 위한 유한차분기법 모델이 개발되었다. 조류에 의한 마찰응력이 해저면으로 부터 퇴적물을 부유시키는 기본 메카니즘으로 작용하며 파랑에 의한 해저마찰력의 증가 효과, 그리고 해저퇴적물의??질의 응집효과가 고려된다. 조류에 의한 해저마찰응력이 황해 동중국해 부유퇴적물 분포를 결정하는 주된 요소로 확인되었으며 이류효과는 별로 중요하지 않은 것으로 나타났다. 파랑효과는 연안역 농도에 영향을 주는 것 으로 확인되었다. 위상자료 및 선박을 이용 관측된 자료와의 비교, 검증한 결과 양호한 일치를 보이는 것으로 나타났으나 해저퇴적물의 압밀정도와 한계마찰응력들에 민감하게 반응하여 이에 대한 관측 자료의 축적이 추후 과제로 제기되었다. 7. 주요 인공방사성 핵종 이동？확산 모델 개발 세가지 형태의 모델 (2차원 유한차분 모델, 3차원 Galerkin 모델, 그리고 3차원 입자추적 모델)이 개발되었다. 2차원 모델은 비보존성 방사능 물질의장주기적 이동 확산 예측을 염두에 두고 이류효과 및 분산 효과를 포함하는 수심평균된 보존방정식에 근거하여 개발되었다. 모델의 시험 적용은 순압모형의 결과를 이용하여 Taiwan 해협을 통해 방사능 물질의 지속적인 유입이 있을 시를 가정하여 실시되었다. 3차원 Galerkin 모델은 비보존성 방사능 물질의 중기적인 이동 확산 예측을 염두에 두고 개발되었으며 경압모델의 결과에 근거하여 황해 중부 해역을 대상으로 시험적으로 적용되었다. 입자추적 모델은 보존성 및 비보존성 방사능 물질의 이동 확산 예측을 염두에 두고 개발되었다. Monte carlo 기법에 근거하고 확률적 방법으로 방사능 물질과 부유물질, 해저퇴적물과의 상호작용을 고려하며 단순화된 수로에서의 실험을 통하여 모델의 반응을 검토하였다. V. 결 론 및 제 안 본 해양환경방사능 감시 개발 연구는 방사선 안전규제 기술 개발에 의한 세부과제로서 3년 (1단계: 1999년, 2단계: 2000 ～ 2001년)에 걸친 연구사업이다. 본 연구과제는 전 지구상 어디에나 존재하는 오염물질인 인공방사성 핵종의 우리나라 주변부 해양에서의 거동을 규명하여 우리나라 국민의 삶의 질을 향상시키기 위하여, 즉 모든 오염물질의 해양 환경내의 거동 규명 및 감시 노력과 같은 차원에서 시작하였다. 본 과제의 주요 목표였던 (1) 주변해역 주요인공방사성 핵종 시？공간 분포 특성 규명, (2) 주요 인공방사성 핵종 기원 규명, (3) 입력경로별 (대기, 하천, 황해/동중국해 경계면, 제주해협) 주요 인공방사성 핵종들의 입력량 산정, (4) 주요인공방사성 핵종 거동 (환경적 반감기, 퇴적 축적율, 해수/부유물질/해양생물 분배계수 및 생물 농축계수) 규명, (5) 주요 인공방사성 핵종 이동？확산 기반 모델이 연구기간 동안 도출되었다. 본 연구는 여러 인접 분야에 많은 파급 효과를 가져올 수 있다. 방사성 핵종과 해양과정 접합 기술은 방사성 핵종과 특성이 비슷한 오염물질 (중금속 등)의 거동 규명 기술 및 해양 환경 위해성 평가 기술을 향상시킴으로서 오염물질 평가를 위한 비용 절감 및 해양 환경 산업에 크게 기여할 것이다. 또한 도출된 모든 결과들은 국제원자력기구에 보고되어 본 연구결과가 포함된 전세계 해양환경방사능 분포도를 작성하고, 또한 배포됨으로서 우리나라 주변해역에 대한 해양환경방사능의 투명성을 확보하였고, 차후 해양환경방사능 분쟁시 외교적 우위를 점할수 있는 기반을 마련하였다. 일반 국민들에게는 우리나라 주변해역의 해양환경방사능에 대한 불안감을 해소시키기 위해 한국해양연구원 홈페이지에 본 연구 결과를 요약하여 게재하였다. 또한 적극적인 학술 활동을 통해 본 연구결과에 대한 검증 및 분석 능력에 대한 대외 신인도를 확보하였다. 끝으로 본 연구는 해양환경방사능 감시 기술을 개발하여 우리나라 주변해역에 대한 해양 환경감시 체제를 확립하였다. 그러나 우리나라 주변 해역은 중국등 핵 강대국이 인접해 있기 때문에 중국, 러시아, 일본 등 주변국들과의 공동연구가 필요하다. 또한 해양환경방사능 거동등에 대한 소기의 성과 및 결과의 신뢰성 확보를 위해서는 장기간 반복적으로 수행하여야 하는 국가적 차원의 조사연구 지원이 요구된다.

Abstract ▼

I. Title Development of monitoring strategy for marine environmental radioactivity II. Necessity and objective of the study 1. Necessity ？To implement the comprehensive national surveillance and forecast system of marine environmental radioactivity to complement the existing national environment

I. Title Development of monitoring strategy for marine environmental radioactivity II. Necessity and objective of the study 1. Necessity ？To implement the comprehensive national surveillance and forecast system of marine environmental radioactivity to complement the existing national environmental defense system, ？To couple the techniques for marine environmental radionuclides analysis and the techniques for understanding marine processes, ？To furnish the information on the behavior of radionulcids in the marine areas adjacent to Korean Peninsula which was lacking and to complement the understanding behavior of radionuclides in the North Pacific Ocean. ？To develop research capability to investigate global marine environ- mental radioactivity contamination, ？To guarantee the sustainable marine industry including fisheries by surveillance and deterrence of nuclear related activities of adjacent states, ？To secure the transparency of marine environmental radioactivity in order to develop sound public opinions on the peaceful use of atomic energy, ？To provide the transparency of environmental radioactivity of the atomic power plants located at the coasts and to provide synergies for the marine environmental safety control of the plants, ？To understand the fact that adjacent seas to our nation are all shared by other nuclear super powers of Russia, China, and Japan and non-transparent nuclear state of North Korea, ？To understand the fact that the seas adjacent to Korea are subject to the nuclear activities of neighboring states due to the continuos nature of the seas, ？To note that Russian sea disposal of radioactive wastes in 1993 caused a significant social unrest in our nation, ？To deter the marine disposal of radioactive wastes by other neighboring states and to develop technology for the early detection and warning system for the marine environmental radioactivity. 2. Goal of the first phase study (1999) Description of concentrations and behavior of key radionuclides in the adjacent seas of Korea III. General scope of the study (1) Synthesis of previous data and previous works (2) Seasonal marine observation and marine environmental sampling (3) Spatial and temporal distribution of key radionuclides (4) Identification of origins of key radionuclides (5) Estimation of the fluxes of key radionuclides for each pathway among the marine compartments (6) Estimation of exchange rate of key radionuclides through the marine boundaries (Yellow Sea/East China Sea, Cheju Strait) (7) Description of behaviors on key artificial radionuclides (8) Development of hydrodynamic models for the circulation of the Yellow Sea and the East China Sea - 3D barotropic circulation model based on governing equations for the motion of homogeneous fluid to calculate the oceanic circulation in the Yellow Sea and the East China Sea - 3D diagnostic circulation model based on governing equations for the motion of inhomogeneous fluid to calculate the circulation in the Yellow Sea and the East China Sea driven by M2 tide, oceanic flows, density gradient and wind forcing. (9) Development of a numerical model for the distribution of suspended sediment in the Yellow Sea and the East China Sea - 2D transport model based on depth-averaged transport equations for the suspended sediment with source and sink terms in the Yellow Sea and the East China Sea - Verification through the comparison with satellite images and field measurements (10) Development of numerical models for the transport of radionuclides in the Yellow Sea and the East China Sea - 2D transport model based on depth-averaged transport equations for the conservative radionuclides in the Yellow Sea and the East China Sea - 3D transport model based on transport equations for the conservative radionuclides in the Yellow Sea - 3D particle tracking model based on Monte Carlo method along with stochastic treatment of interactions among dissolved radionuclides, suspended matter and active bottom sediment. IV. Results of the study 1. The distributional characteristics of major radionuclides Seawater and sediments samples were collected in the adjacent seas of Korea (Yellow Sea, South Sea, East Sea) for the period of 1999 ～ 2001 and the concentrations of key artificial radionuclides were determined to describe their distributional characteristics. The average concentrations in the surface water of adjacent seas of Korea ranged between 2.34 ～ 2.56 mBq kg-1 for dissolved 137Cs, 1.63 ～ 2.17 mBq kg-1 for dissolved 90Sr and no seasonal and regional difference was observed. However, Pu showed clear seasonal and regional variation. Average 239,240Pu concentration in seawater was the lowest in the Yellow Sea, compared to the South Sea and East Sea, possibly due to removal from surface ocean to sea floor. Vertical distribution of key artificial radionuclides showed clear variation with each radionuclides and region. The concentrations of dissolved 137Cs, 239,240Pu and 90Sr were homogenous in the Yellow Sea with the water depth of less than 100 m. In case of the East Sea with the water depth of more than 2,000 m, it was high at the surface mixed layer (0～200 m) and decreased with depth. The inventory of dissolved 137Cs and 90Sr at the surface mixed layer represented about 25% of the water column. The inventory of dissolved 239,240Pu in the surface mixed layer were presented only about 7 % of the water column. The 239,240Pu concentration was increased with depth and the highest at the depth of 1,100 m. It suggests that dissolved 239,240Pu is preferentially removed by particle formation in the surface mixed layer and sinks to the deeper depth and then releases again to the seawater due to the decomposition of sinking materials. Therefore, the proportion of inventories of 137Cs and 239,240Pu between water column and sediments showed a clear difference each others. The 239,240Pu inventory in the water column of Yellow Sea was 0.44 Bq m-2. However, the 239,240Pu inventory in the bottom sediment was 10.34 Bq m-2 and represented about 96 % of the total inventory. It suggests that in the Yellow Sea, which has shallow and high suspended sediments load, 239,240Pu is preferentially removed from seawater to the sediments. Contrary to the Yellow Sea, the 239,240Pu inventory in water column was about 44.65 Bq m-2 with twice higher than that (25 Bq m-2) in the bottom sediment, suggesting most of the 239,240Pu remain in seawater. The average levels of dissolved 137Cs, 239,240Pu and 90Sr are approximately similar to those in the open ocean contaminated only by global fallout and much lower than those in the North Sea and Irish Sea. Our all research results were sent to IAEA and compiled to the Asia-Pacific Marine Radioactivity Database (ASPAMARD). The adjacent seas of Korea have much influence by Chinese rivers such as Hwanghe and Changjiang river. However, data on the key artificial radionuclides in Chinese rivers are still unknown. Therefore, it is required the continuous observation on the land and beharior of artificial radionuclides and co-research work with neighboring countries, particularly China. 2. Identification of major radionuclides Activity ratios of 238Pu/239,240Pu, 239,240Pu/137Cs, 239,240Pu/90Sr and 137Cs/90Sr were measured in the seawater, sediments and rain of the adjacent seas of Korea during 1999 to 2001 to identify the origin of these artificial radionuclides. The activity ratio of 238Pu/239,240Pu in the surface sediments of Yellow Sea and East Sea ranged from 0.01 to 0.05 with average of 0.03, which is close to that in global fallout (0.026). Averaged concentration ratios of 137Cs/90Sr were 1.72 and 3.45 in the Yellow Sea and the East Sea, respectively, due to different biogeochemical pathways of these artificial radionuclides in the deeper depth. The average activity ratios of 239,240Pu/90Sr and 239,240Pu/137Cs measured since 1994 were 0.008, 0.007 and 2.71 and a little lower than those of global fallout due to the differences of particle affinity in rain water. Average activity ratios of 239,240Pu/90Sr, 239,240Pu/137Cs in the surface water of the adjacent seas were much lower than that of global fallout. These ratios were, however, close to those in the surface ocean water contaminated only by global fallout. Our all results obtained seem to confirm that this artificial radioactivity is due mainly to global fallout. However, joint research with China is required to describe the correct origin of artificial radionuclides because the adjacent seas of Korea are affected by the Yellow dust and rivers from Chinese. 3. Major input pathways of radionuclides into the sea Atmospheric input of key artificial radionuclides The atmospheric input of key artificial radionuclides (239+240Pu, 80Sr, 137Cs) into the sea was determined using long-term monitoring of radionuclides concentrations in the rain and aerosol samples since 1994. Average annual precipitation since 1994 was 1,183 mm and a clear seasonal and annual variation was observed. The amount of rain during the period of June ～ August represented more than 50 % of annual precipitation. In particular, it represented more than 80 % in 1995 and 2001. Monthly flux of the fallout dust ranged from 1.21 to 16.79 g m-2 month-1 with geometric mean of 5.41 g m-2 month-1. It was low in summer and high in winter and spring. 239+240Pu, 90Sr and 137Cs concentration in precipitation were 0.05 ～ 131 (mean: 1.29) μBq kg-1, 0.04 ～ 3.69 (Avg.: 0.31) mBq kg-1, 0.04 ～ 1.04 (mean: 0.17) mBq kg-1, respectively. Their concentrations were the highest during the period of Yellow Dust Storm (April ～ May) and the lowest in summer wet monsoon (June ～ August). The difference in theirs concentartions may arise from difference in the fallout flux of these radionuclides and the precipitation. Wet deposition rates ranged 3.5 ～ 1,231 μBq m-2d-1 (geometric mean :42.36) for 239+240Pu, 0.25 ～ 201.84 mBq m-2 d-1 (geometric mean : 9.60) for 90Sr, and 2.62 ～ 24.71 mBq m-2 d-1 (geometric mean : 8.61) for 137Cs, respectively. Their deposition rates were the highest in the period of Yellow Dust Storm and the lowest in summer wet monsoon. The annual wet deposition fluxes of 239,240Pu, 90Sr and 137Cs to the Yellow Sea were estimated to be 0.57, 137.5, 75.4 GBq yr-1, respectively. In addition to the wet depositions, the annual dry deposition flux of 239+240Pu ranged from 4.46 to 10.17 mBq m-2 yr-1, representing more than 70 % of total deposition flux (wet + dry) in the period of Yellow Dust Storm (March ～ May). Riverine input of key artificial radionuclides Surface waters of major rivers in Korea (Han, Geum, Yeongsan, Seomjin, Nakdong River) were collected to estimate the fluxes of key artificial radionuclides to the adjacent seas of Korea. Dissolved concentrations in river water flowing into the Yellow Sea ranged 0.46 ～ 0.68 (mean : 0.43±0.09) mBq kg-1 for 137Cs, 2.70 ～ 3.73 (mean : 2.94±0.17) μBq kg-1 for 239,240Pu, and 2.31 ～ 3.39 (mean : 3.15±0.09) mBq kg-1 for 90Sr, respectively and no clear difference in concentrations was observed. If we assume these values were representative for all river waters included Chinese rivers, then, the total annual riverine export fluxes of dissolved 137Cs, 239,240Pu and 90Sr to the Yellow Sea were 50.4, 0.35 and 371.8 GBq yr-1, respectively. Key artificial radionuclides input from the ocean boundaries (Yellow Sea/East China Sea, Cheju Strait) The budgets of key artificial radionuclides were constructed using a simple box model. We assumed the Yellow Sea as a box. We first constructed water budget and later constructed salt budget, then we estimated the exchange rate between the Yellow Sea and the East China Sea. The export flux of dissolved 137Cs by net water outflow (Residual flow) from the Yellow Sea was about 402.6 GBq yr-1 and the flux across the Yellow Sea/East China Sea boundaries was about 105.3 GBq yr-1. Therefore, the net internal source (△137Cs) was about 154.6 GBq kg-1, which supposed to be added to the seawater by desorption from suspended particulate matter and efflux from the bottom sediment. The export flux of dissolved 239,240Pu by net water outflow was about 0.62 GBq yr-1, and the flux across the boundaries was about 24.4 GBq yr-1. The net internal sink (△239,240Pu) was about 24.7 GBq yr-1, which supposed to be removed from seawater to the bottom sediments by the scavenging. The estimated annual fluxes of dissolved 137Cs, 239,240Pu and 90Sr through the Cheju Strait were 42.7×103, 152.2, and 26.2×103 GBq yr-1, respectively. These results were 80 times for 137Cs and 3 times for 239,240Pu higher than the export fluxes across the Yellow Sea/East China Sea boundaries. If we consider the flux across the strait between the Cheju and Kyushu, the key artificial radionuclides transport into the South Sea will be much increased sharply. Therefore,a , a more precise budget estimation on the key artificial radionuclides of South Sea and East Sea shoud be construct to manage the environmental radioacitivty quality in near future. 4. The description on the behavior of key artificial radionuclides Effective environmental half-life of key artificial radionuclides The effective environmental half-life of 137Cs was computed to be about 11.2 years, using regression analyses of 137Cs concentrations measured in the surface water of East Sea for the period of 1993 ～ 2000. It is shorter than the half-life (about 30 years) of 137Cs. It suggests that 137Cs concentrations in the surface water of East Sea decreased sharply than those expected by its own half-life due to the effective environmental removed processes. Previous data suggested that observed effective environmental half-life of 137Cs in the surface water of East Sea is in the range of 9.1 ～ 22.8 years in the adjacent seas of Japan for the period of 1984 ～ 1995. The residence time of dissolved 137Cs in the surface of the East Sea was estimated to be about 25 years, using its effective environmental half-life. It is 1/4 of that (100 years) in the surface water of open ocean, which may be attributed to the difference of primary production between the East Sea (150 ～ 230 gC m-2 yr-1) and open ocean (50 gC m-2 yr-1). Sediment accumulation rate of key artificial radionuclides 210Pb derived sediment accumulation rates in the Yellow Sea were 28 to 772 mg cm-2 yr-1 (0.03 ～ 0.57 cm yr-1), respectively. Its rates was low in the central part and high in the adjacent sea of Changjiang estuary. Concentrations of 239,240Pu and 90Sr in the surface sediments were relatively high in the central Yellow Sea and low in the Jiangsu coastal area with a peak at the depth of 21 ～ 23 cm. Surface maximum of 239,240Pu activity concentration suggests the active deposition of recent muds in the central Yellow Sea. Sediment inventories for 90Sr ranged from 50 ～ 196 Bq m-2 in the central Yellow Sea and more than 273 Bq m-2 in the ancient delta off the Jiangsu coast. Sediment inventories for 39,240Pu were 10 ～ 12 Bq m-2 and more than 52 Bq m-2 in the ancient delta off Jiangsu coast. However, its inventories for 90Sr were 1/10 of the total cumulative atmospheric fallout in Tokyo since 1986. Sediment incorportion rates for 239,240Pu and 90Sr ranged were 0.2 ～ 0.3 and 0.2 ～ 2.1 Bq m-2 yr-1, respectively, in the central Yellow Sea. And also its rates was high in the Jiangsu coast as 1.2 Bq m-2 yr-1 for 239,240Pu and 4.8 Bq m-2 yr-1 for 90Sr, respectively. Sinking fluxes of key artificial radionuclides Automated time-series sediment traps were moored to collect sinking particles at the depth of 1,000 and 2,000 m of the East Sea for the period of 1998 ～ 2001, to estimate the sinking fluxes of key artificial radionuclides. Sinking materials fluxes were high in spring with a high primary production of phytoplankton and low in summer with a strong stratification in water column. 137Cs concentrations in sinking materials ranged from 0.13 to 2.46 dpm g-1 with an average of 0.68 dpm g-1 (or 11.33 mBq g-1) at the depth of 1,000 m, and from 0.18 to 4.17 dpm g-1 with an average of 1.00 dpm g-1 (or 16.67 mBq g-1) at the depth of 2,000 m. It was shown the clear seasonal variation even at the same depth. The sinking fluxes of 137Cs ranged from 0.20 to 1.09 dpm m-2 d-1 with an average of 0.25 dpm m-2 d-1 (or 4.17 mBq m-2 d-1) at the depth of 1,000 m and from 0.04 to 1.40 dpm m-2 d-1 with an average of 0.31 dpm m-2 d-1 (or 5.17 mBq m-2 d-1), respectively. No clear difference betwen 1,000 m and 2,000 m depths. In general, sinking fluxes of key radionuclides were positively correlated with sinking material fluxes, while concentrations of key radionuclides decrease with increasing the sinking material flux. Therefore, the sinking material fluxes appear to control the removal of these radionuclides from the water column to the sea floor. The concentration factor of key artificial radionuclides in marine organisms Marine organisms were collected in the adjacent seas of Korea to analyze the concentration of key artificial radionuclides and estimate the their concentration factor. 137Cs concentration in the whole body of macro-algae (eel grass) ranged from 0.06 to 0.10 Bq kg-1-fresh, and no regional difference was observed. The concentration factor of 137Cs in the macro-algae (eel grass) ranged from 22 to 40 with an average of 27.8 and it with in the reported value of IAEA. 239,240Pu and 90Sr concentrations in the muscle of fishes ranged 0.10 ～ 0.79 Bq kg-1-fresh for 137Cs, 0.10 ～ 1.32 mBq kg-1-fresh for 239,240Pu, and 0.35 ～ 12.60 mBq kg-1-fresh for 90Sr, respectively. It is shown the clear difference with species due to the difference of their food habits. However, their concentration factors ranged 40 ～ 314 for 137Cs, and 19 ～ 70 for 239,240Pu, respectively, and are fall in the ranges reported by IAEA. Distribution coefficient of key artificial radionuclides Sea waters of more than 6,000 L at the surface water of Yellow Sea were filtered to estimate key natural (210Po) and artificial radionuclide (137Cs) adsorbed onto suspended matterials. The distribution coefficients of 210Po were shown the clear seasonal difference. In winter, the concentrations of particulate 210Po were higher than those of dissolved 210Po, due to the resuspended bottom sediments by active vertical mixing throughout the water column. In summer, however, the concentrations of dissolved 210Po were increased toward the central part, suggesting the its removal from seawater by sinking. The distribution coefficient of 137Cs in the Yellow Sea was about 1.82×105 cm3 g-1. 5. Development of hydrodynamic models for the circulation of the Yellow Sea and the East China Sea Two types of three-dimensional (3D) circulation models for the Yellow Sea and the East China Sea have been developed to obtain the essential information for the study of the radionuclides movement as well as suspended sediment distribution. The model uses the finite-difference approximation on the horizontal plane and the Galerkin function method in the vertical direction. The barotropic model developed as 1st step calculates the oceanic current in the Yellow Sea and the East China Sea. As a salient feature the bottom stress is represented in a linear form and its coefficient is space-varying according to the M2 tidal current amplitudes to take into account tide enhanced bottom frictional dissipation. The 3D diagnostic model as 2nd step produces seasonal variations in circulation of the Yellow Sea and the East China Sea driven by M2 tide, oceanic inflows-outflows across the open boundary, density gradient and wind forcing. The 3D barotropic model is used for the determination of the suspended sediment, while the 3D diagnostic model is used for the model experiments of conservative radionuclides in the central part of the Yellow Sea and the East China Sea. 6. Development of a numerical model for the distribution of suspended sediment in the Yellow Sea and the East China Sea A two-dimensional finite-difference model has been developed to alculate the concentration of suspended sediment which is prerequisite to the modeling of the non-conservative radionuclides transport in the Yellow Sea and the East China Sea. The model defines the tide-induced bottom friction which is proportional to its amplitude, the wave-induced bottom friction, consolidation and flocculation effects. The bottom friction induced by tidal current acts as a prime mechanism to determine the overall feature of the suspended sediment in the Yellow Sea and the East China Sea. Effects of advection is secondary and the wave action affects mainly the concentration in the shallow sea regions. The model results are qualitatively in good agreement with a satellite image and field data collected on a vessel. However, the model responds sensitively to the change in the consolidation in bottom sediment as well as the value of the critical shear stresses for erosion and deposition. It is therefore indicated that future study needs to be directed to collect the information on bottom properties. 7. Development of transport models for the radionuclides in the Yellow Sea and the East China Sea Three types of models (2D finite-difference model, 3D finite- difference Galerkin function model and 3D particle tracking model) have been developed to calculate the behaviors of radionuclides accidentally released to the Yellow Sea and the East china Sea. The 2D model might be of use in a long-term range prediction of the transport of conservative radioactive materials, while the 3D Galerkin function model in a mid-range prediction of the transport of conservative radioactive materials. The 3D particle tracking model based on Monte Carlo method is applicable to both conservative (137Cs) and non-conservative radionuclides (139,240Pu) but in a relatively short term range prediction of their behaviors. Interactions among dissolved raionuclides, suspended matter and active bottom sediment are dealt with by means of a stochastic approach. The 2D model experiment has been carried out in the East China Sea with continuous artificial input through Taiwan Strait. The 3D Galerkin function model has been tested in the central part of the Yellow Sea. The velocity information produced from the 3D diagnostic circulation model on a coarse grid has been adapted to the finer grid through an interpolation procedure. The 3D particle model has been tested on a simplified channel, comparing results in the presence/absence of advective flow. V. Conclusion and suggestions This research have been conducted for three years (the 1st stage; year 1999, the 2nd stage; year 2000～2001). The project tried to address objectively the distribution, origin and behavior of key artificial radionuclides in the seas adjacent to the Korean Peninsula. We attained all objectives of this project as follows; (i) to determine distributioin patterns of key artificial radionuclides in the adjacent seas of Korea (Yellow Sea, South Sea, East Sea), (ii) to investigate sources of key artificial radionuclides, (iii) to elucidate input pathways of key artificial radionuclides (atmosphere, river, and oceanic boundaries), (iv) to describe the behavior of key artificial radionuclides (for example; effective environmental half-life, residence time, distribution coefficient between seawater and suspended sediments, bio-concentratioin factor, sediment accumulation rate etc.), (v) to build a predictive capacity for disposal patterns of key artificial radionuclides. This research will greatly impact the neighboring field. Information on the behavior of these artificial radionuclides will be reduced the cost of environmental pollutants assessment and contribute to better understanding transport processes of non-radionuclides pollutants (heavy metals etc.) that behave chemically or physically the same as these radionuclides. Database on Asia-Pacific marine radioactivity, including all results from this research, was published by IAEA. It will be very useful in assessing the background levels of key artificial radionuclides in the adjacent seas of Korea, and having an advantage diplomatically at the confidence building on problems on marine environmental radioactivity. As a result of this research work a monitoring network has been set up to close monitor the marine environmental radioactivity in the adjacent seas of Korea. However, the sound knowledge of contaminants and radionuclides will be required to enhance our regional seas programs with neighboring countries, particularly China and North Korea.

목차 Contents

• 제 1 장 서 론...58
• 제 1 절 연구사업의 배경...59
• 제 2 절 연구개발 목표...60
• 제 2 장 국내외 기술개발 현황...62
• 제 1 절 국 내...63
• 제 2 절 국 외...65
• 제 3 장 연구개발수행 내용 및 결과...72
• 제 1 절 우리나라 주변해역 해황 특성...73
• 제 2 절 우리나라 주변해역의 주요 인공방사성 핵종 분포 특성...95
• 제 3 절 우리나라 주변해역의 주요 인공방사성 핵종 기원...166
• 제 4 절 주요 방사성 핵종 입력경로별 특성 및 플럭스...194
• 제 5 절 주요 방사성 핵종 거동 특성...232
• 제 6 절 황해/ 동중국해 해수 순환 모델 개발...271
• 제 7 절 황해/ 동중국해 부유퇴적물 분포 산정 모델 개발...297
• 제 8 절 주요 인공방사성 핵종 이동 확산 모듈 개발...310
• 제 4 장 연구개발목표 달성도 및 대외기여도...339
• 제 5 장 연구개발결과의 활용계획...342
• 제 1 절 앞으로의 전망...343
• 제 2 절 타 연구에서의 응용 및 연구결과 활용...343
• 제 6 장 참고문헌...349
• 부 록...386